一、技術概述

工業(ye) 機器人由操作機（機械本體(ti) ）、控製器、伺服驅動係統和檢測傳(chuan) 感裝置構成，是一種仿人操作、自動控製、可重複編程、能在三維空間完成各種作業(ye) 的機電一體(ti) 化自動化生產(chan) 設備。特別適合於(yu) 多品種、變批量的柔性生產(chan) 。它對穩定、提高產(chan) 品質量，提高生產(chan) 效率，改善勞動條件和產(chan) 品的快速更新換代起著十分重要的作用。       機器人技術是綜合了計算機、控製論、機構學、信息和傳(chuan) 感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個(ge) 國家工業(ye) 自動化水平的重要標誌。     機器人並不是在簡單意義(yi) 上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從(cong) 某種意義(yi) 上說它也是機器的進化過程產(chan) 物，它是工業(ye) 以及非產(chan) 業(ye) 界的重要生產(chan) 和服務性設備，也是先進製造技術領域不可缺少的自動化設備。

二、現狀及國內(nei) 外發展趨勢

國外機器人領域發展近幾年有如下幾個(ge) 趨勢：    1．工業(ye) 機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便於(yu) 操作和維修），而單機價(jia) 格不斷下降，平均單機價(jia) 格從(cong) 91年的10．3萬(wan) 美元降至97年的6．5萬(wan) 美元。    2．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關(guan) 節模塊中的伺服電機、減速機、檢測係統三位一體(ti) 化；由關(guan) 節模塊、連杆模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chan) 品問市。    3．工業(ye) 機器人控製係統向基於(yu) PC機的開放型控製器方向發展，便於(yu) 標準化、網絡化；器件集成度提高，控製櫃日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了係統的可靠性、易操作性和可維修性。    4．機器人中的傳(chuan) 感器作用日益重要，除采用傳(chuan) 統的位置、速度、加速度等傳(chuan) 感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳(chuan) 感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳(chuan) 感器的融合技術來進行環境建模及決(jue) 策控製；多傳(chuan) 感器融合配置技術在產(chan) 品化係統中已有成熟應用。    5．虛擬現實技術在機器人中的作用已從(cong) 仿真、預演發展到用於(yu) 過程控製，如使遙控機器人操作者產(chan) 生置身於(yu) 遠端作業(ye) 環境中的感覺來操縱機器人。    6．當代遙控機器人係統的發展特點不是追求全自治係統，而是致力於(yu) 操作者與(yu) 機器人的人機交互控製，即遙控加局部自主係統構成完整的監控遙控操作係統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索傑納”機器人就是這種係統成功應用的最著名實例。    7．機器人化機械開始興(xing) 起。從(cong) 94年美國開發出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為(wei) 國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。   我國的工業(ye) 機器人從(cong) 80年代“七五”科技攻關(guan) 開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guan) ，目前已基本掌握了機器人操作機的設計製造技術、控製係統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產(chan) 了部分機器人關(guan) 鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多台套噴漆機器人在二十餘(yu) 家企業(ye) 的近30條自動噴漆生產(chan) 線（站）上獲得規模應用，弧焊機器人已應用在汽車製造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(ye) 機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低於(yu) 國外產(chan) 品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chan) 線係統技術與(yu) 國外比有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產(chan) 工業(ye) 機器人約200台，約占全球已安裝台數的萬(wan) 分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chan) 業(ye) ，當前我國的機器人生產(chan) 都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決(jue) 產(chan) 業(ye) 化前期的關(guan) 鍵技術，對產(chan) 品進行全麵規劃，搞好係列化、通用化、模化設計，積極推進產(chan) 業(ye) 化進程。     我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為(wei) 突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控製機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳(chuan) 感器信息融合控製技術、遙控加局部自主係統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發應用方麵則剛剛起步，與(yu) 國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地係統攻關(guan) ，才能形成係統配套可供實用的技術和產(chan) 品，以期在“十五”後期立於(yu) 世界先進行列之中。 #p#分頁標題#e#

三、“十五”目標及主要研究內(nei) 容

1．目標     根據國內(nei) 外機器人發展的經驗、現狀及近幾年的動態，結合當前國內(nei) 經濟發展的具體(ti) 情況，“十五”期間機器人技術應重點開展智能機器人、機器人化機械及其相關(guan) 技術的開發及應用；開展以機器人為(wei) 基礎的重組裝配係統及其相關(guan) 技術的開發研究及加強多傳(chuan) 感器融合及決(jue) 策、控製一體(ti) 化技術及應用的研究。重點解決(jue) 我國已研製應用多年的示教再現型工業(ye) 機器人的產(chan) 業(ye) 化前期關(guan) 鍵技術，大力推進其產(chan) 業(ye) 化進程，力爭(zheng) 在“十五”末期實現噴塗、焊接、裝配等機器人的產(chan) 業(ye) 化。     2．主要研究內(nei) 容   （1）示教再現型工業(ye) 機器人產(chan) 業(ye) 化技術研究    ①關(guan) 節式、側(ce) 噴式、頂噴式、龍門式噴塗機器人產(chan) 品標準化、通用化、模塊化、係列化設計。    ②柔性仿形噴塗機器人開發：柔性仿形複合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控製係統開發，整機安全防爆、防護技術開發，高速噴杯噴塗工藝研究。    ③焊接機器人（把弧焊與(yu) 點焊機器人作為(wei) 負載不同的一個(ge) 係列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業(ye) ）產(chan) 品的標準化、通用化、模塊化、係列化設計。    ④弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發：激光發射器的選用，CCD成象係統，視覺圖象處理技術，視覺跟蹤與(yu) 機器人協調控製。    ⑤焊接機器人的離線示教編程及工作站係統動態仿真。    ⑥電子行業(ye) 用裝配機器人產(chan) 品標準化、通用化、模塊化、係列化設計。    ⑦批量生產(chan) 機器人所需的專(zhuan) 用製造、裝配、測試設備和工具的研究開發。   （2）智能機器人開發研究    ①遙控加局部自主係統構成和控製策略研究     包括建模－遙控機器人模型，人行為(wei) 模型，人控製動態建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳(chuan) 感器建模；以人為(wei) 主體(ti) 的人機共享規劃與(yu) 控製；局部自治控製；多傳(chuan) 感融合技術；雙向力反應控製；知識庫的建立，學習(xi) 與(yu) 推理方法；人機交互的高級控製技術；虛擬現實（VR）控製與(yu) 真實世界控製的相互關(guan) 係；監控係統的結構。    ②智能移動機器人的導航和定位技術研究     包括導航和定位係統的係統結構；在結構環境或非結構環境中導航和定位方法研究；感知係統的傳(chuan) 感器和信息處理係統的構成；根據傳(chuan) 感器數據建立環境模型的方法；模糊邏輯的推理方法用於(yu) 移動機器人導航的研究。   ③麵向遙控機器人的虛擬現實係統     包括人機交互圖形生成及其程序設計；遙控機器人（載體(ti) 和機械手）幾何動態圖形建模；遙控操作環境圖形建模；遙控機器人操作與(yu) 數據的獲取；虛擬傳(chuan) 感器及基於(yu) 虛擬傳(chuan) 感器的雙向力反應、反饋控製；麵向任務的虛擬工具；基於(yu) 虛擬現實的遙控操作的理論與(yu) 方法；基於(yu) VR模型操作和真實世界操作的可切換、相容性和可交換性；VR監控係統。    ④人機交互環境建模係統   包括CAD建模中的人機交互技術；求知模型工件的反示過程中的交互技術；機器人與(yu) 環境的布局及功能驗證中的交互技術；傳(chuan) 感器數據處理中的交互技術；機器人標定、運動學建模、動力學建模中的交互技術。    ⑤基於(yu) 計算機屏幕的多機器人遙控技術     包括三維立體(ti) 視覺建模；模型的計算機顯示；遙控機器人模型的控製；人機接口；網絡通訊。   （3）機器人化機械研究開發    ①並聯機構機床（VMT）與(yu) 機器人化加工中心（RMC）開發研究     包括VMT與(yu) RMC智能化結構實現技術；VMT與(yu) RMC關(guan) 鍵傳(chuan) 動實現技術；VMT與(yu) RMC加工、裝配、擺放、塗膠、檢測作業(ye) 技術；VMT與(yu) RMC監控檢測技術開發；VMT與(yu) MRC智能化開式CMC控製係統開發；係統軟件和應用軟件開發；智能化機構、材料機電一體(ti) 化技術；作業(ye) 狀態變量智能化傳(chuan) 感技術；機電一體(ti) 化的多功能及靈巧作業(ye) 終端；通用智能化開式CNC控製硬軟件係統；並聯機構運動學及動力學理論；RMC智能控製理論；VMT與(yu) RMC典型應用工程開發。    ②機器人化無人值守和具有自適應能力的多機遙控操作的大型散料輸送設備     包括散料輸送係統監控和遙控操作的傳(chuan) 感器融合和配置技術；采用智能傳(chuan) 感器的現場總線技術；機器人運動規劃在等量堆取料、自主操作中的應用；基於(yu) 廣域網的遠程實時通訊；具有監測和管理功能的故障診斷係統。   （4）以機器人為(wei) 基礎的重組裝配係統    ①開放式模塊化裝配機器人     包括通用要素的提取；專(zhuan) 用件標準化；裝配機器人模塊CAD設計；通用主流計算機構造的控製器；人機界麵方式；網絡功能。    ②麵向機器人裝配的設計技術     包括數字化裝配與(yu) CAD集成技術；產(chan) 品機器人化裝配規劃生成技術；產(chan) 品可裝配性模糊評價(jia) 。    ③機器人柔性裝配係統設計技術     其中單元技術：供料係統智能化設計、末端執行器快速執行、物流傳(chuan) 輸及其控製與(yu) 通訊；集成技術：柔性裝配線仿真軟件、管理係統。    ④可重構機器人柔性裝配係統設計技術     開展基於(yu) 任務和環境的動態重構機器人柔性裝配係統理論研究；係統基於(yu) 自治體(ti) （Agent）的分布式控製技術及係統各單元體(ti) 間的協作規劃。    ⑤裝配力覺、視覺技術     包括高精度、高集成化六維腕力傳(chuan) 感技術；視覺識別與(yu) 定位技術。    ⑥智能裝配策略及其控製     包括裝配狀態實時檢測和監控；裝配順序和路徑智能規劃及控製技術。   （5）多傳(chuan) 感器信息融合與(yu) 配置技術    ①機器人的傳(chuan) 感器配置和融合技術在水泥生產(chan) 過程控製和汙水處理自動控製係統中的應用     包括麵向工藝過程的多傳(chuan) 感器融合和配置技術；采用智能傳(chuan) 感器的現場總線技術；麵向工藝要求的新型傳(chuan) 感器研製。    ②機電一體(ti) 化智能傳(chuan) 感器     包括具有感知、自主運動、自清汙（自調整、自適應）的機電一體(ti) 化傳(chuan) 感器研究；麵向工藝要求的運動機構設計、實現檢測和清汙的自主運動；調節控製係統；機器人機構和控製技術在傳(chuan) 感器設計中的應用。 #p#分頁標題#e#